5.6 Выбор и обоснование блока фотоприемника

На рисунке 5.14 приведена схема подключения к операционному усилителю

Рисунок 5.14 – Схема подключения фотодиода к ОУ

Падающий свет вызывает фототок, схема линейна (до насыщения), в отличие от схемы со смещением. Ток почти не течет в инвертирующий вход, и поэтому напряжение на выходе определяется как U=I·R1. Коэффициент усиления операционного усилителя задается с помощью резисторов R1 и R2, поэтому их номиналы выберем следующие: R2=29кОм, R1=1кОм. Коэффициент усиления будет равен: К_у=29/1+1=30.

Конденсатор С2 блокируют пульсации по цепи питания, выберем керамический номиналом 0,1мкФ. Емкость конденсатора С1 должна быть такой, что бы его реактивное сопротивление на самых низших рабочих частотах по крайней мере было бы раз в десять меньше, чем общее сопротивление последовательно включенных резисторов R2, и R3. С1- керамический конденсатор номиналом 4,7 нФ. Конденсаторы С3 является разделительным по постоянному току, его параметры зависят от сопротивлений источника сигнала и нагрузки. Номинал выберем равным 4,7мкФ.[21]

Фотодиод SrPD19, и микросхема ОУ AD820 были подробно описаны ранее.

5.7 Расчет и обоснование усилительного каскада

Схема двухкаскадного усилителя представлена на рисунке 5.15.

Рисунок 5.15 – Принципиальная схема усилителя

Двухкаскадный  усилитель,  собранный  на  ОУ - микросхемах  ОУ1  и   ОУ2   —   ТА741. Использование данной схемы обеспечивает высокое входное сопротивление усилителя, которое определяется величинами сопротивлений R2, R3 и R5, R6, а так же входным сопротивлением прямого входа операционного усилителя (оно очень высокое и им можно пренебречь). R2, R3 и R5, R6 - резисторы на 47 кОм. Можно выбрать любые, лишь бы ток через делитель был раз в 100..200 больше входного тока ОУ.

Номиналы резисторов R4,R1 и  R8,R7 выбираются из того, кокой необходим коэффициент усиления. Зададим R4=R8=49кОм, R1=R7=1кОм.

Коэффициент усиления усилителя по напряжению определяется по формуле R4/R1 + 1, и R8/R7+1, в данном случае 49/1+1 = 50 раз. Емкости конденсаторов С1 и С5 должны быть такими, что бы их реактивное сопротивление на самых низших рабочих частотах по крайней мере было бы раз в десять меньше, чем общее сопротивление последовательно включенных резисторов R1, R4 и R7, R8. С1, С5 - керамические конденсаторы 4,7 нФ (подойдут любые от 1 до 10 нФ). Конденсаторы С2 и С4 являются разделительными по постоянному току, их параметры зависят от сопротивлений источника сигнала и нагрузки. Номиналы выберем равными 4,7мкФ. Конденсаторы С3 и С6 блокируют пульсации по цепи питания, керамические 0,1мкФ.[22]

Микросхема TA741 представляет собой операционный усилитель средней точности, с внутренней частотной коррекцией и малыми входными токами.

Внешний вид микросхемы представлен на рисунке 5.16.

Рисунок 5.16 – Внешний вид микросхемы ТА741

Назначение выводов: 1, 5 - общий; 2 - вход инвертирующий; 3 - вход неинвертирующий; 4 - напряжение питания -U_п; 6 - выход; 7 - напряжение питания +U_п; 8 - вывод не подсоединен.

Электрическая принципиальная схема данного усилителя представлена на рисунке 5.17.

Рисунок 5.17 – Принципиальная схема ТА741

Данный операционный усилитель имеют внутреннюю структуру, которая состоит из трех каскадов:

1 Дифференциальный усилитель - предназначен для усиления сигнала, имеет низкий уровень собственных шумов, высокое входное сопротивление и обычно дифференциальный выход.

2 Усилитель напряжения - обеспечивает высокое усиление сигнала по напряжению, имеет спадающую амплитудно-частотную характеристику с одним полюсом, и обычно имеет один выход.

3 Выходной усилитель - обеспечивает высокую нагрузочную способность, низкое выходное сопротивление, ограничение тока и защиту при коротком замыкании.

Электрические параметры микросхемы приведены в таблице 5.8.

Таблица 5.8 - Электрические параметры микросхемы ТА741

№	Параметр	Значение
1	Напряжение питания	от плюс 5 до плюс 12В
2	Напряжение смещения нуля	30 мВ
3	Входной ток	не более 2 нА
4	Разность входных токов	не более 0,15 нА
5	Ток потребления	не более 5 мА
6	Коэффициент усиления напряжения	не менее 50000
7	Максимальная скорость нарастания выходного напряжения	не менее 2 В/мкс
8	Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений	не менее 64 дБ
9	Температурный дрейф напряжения смещения	не более 50 мкВ/ ° C
10	Частота единичного усиления	3 МГц
11	Рабочая температура	минус 45... плюс 70 ° C